CN109791008A - 无需电网的加热-冷却设备 - Google Patents

Abstract

一种各种尺寸的加热冷却设备，该设备用于从工业用途至冰箱类和装饰类的不同形状和尺寸的室内装饰的范围，甚至用于包括具有连续的容纳壁(3)的容器(1)的便携式设备(90)，所述容纳壁(3)以单体延伸并且限定具有开口(4)的内容纳区域(8)，所述容纳壁(3)具有靠近所述开口(4)的边缘部分(6)，并且所述容纳壁(3)由第一层(10)或外层以及第二层(20)或内层形成，所述第二层(20)面向所述内容纳区域(8)并与所述第一层(10)分离，以便内层形成间隙区域(30)，其中，在所述间隙(30)内部产生真空，所述设备(90)还包括至少一个发电机(41)、至少一个电荷蓄电池(42)、至少一个热电设备(43)以及控制单元(44)，所述至少一个发电机(41)在所述容器(1)外用于产生电能，所述至少一个电荷蓄电池(42)在所述容器(1)外用于存储由所述发电机(41)产生的能量，所述至少一个热电设备(43)位于所述间隙(30)内与所述容纳壁(3)的内层(20)接触，以相对于所述内容纳区域(8)传递热量，控制单元(44)位于所述容器(1)的外部并且至少连接到所述发电机(41)、所述电荷蓄电池(42)以及所述热电设备(43)，以处理经过所述热电设备(43)的电流通过，以便根据情况确定所述内容纳区域(8)的冷却或加热。

Description

无需电网的加热-冷却设备

技术领域

本发明涉及用于冷却或加热食品或其它物质的加热-冷却设备。另外，本发明涉及包括所述设备和闭合元件的气密闭合套件。本发明还涉及用于制造该设备的方法。

背景技术

在许多情况下，能够在确定的容器内改变温度而不需要连接到电网的设备会是有用的。例如，在不可能连接到电网的环境中用于运输和储存药物、食物、饮料或任何其它易腐物质。

在各个领域中已知这种类型的系统，并且可以从非常简单和便宜的结构变化到较复杂和昂贵的结构。

例如，在远古时代，为了保持最内部的锅中所含的物质凉爽，已知使用两个彼此内外放置内并由湿沙隔开的陶土罐。虽然其可靠且易于执行，但该系统效率不高，因为其决定了相对于环境温度仅几摄氏度的温度降低。

随着这种结构的发展，已经开发出更精细和有效的系统，仍然使用它们作为基本元件，它们脱离与电网的连接。例如，已知一种便携式太阳能冰箱，其由两个金属圆筒组成，一个插入另一个内，并由如沙子或浸渍有水的羊毛的有机材料隔开。太阳光线的热量使水蒸发，导致内部圆筒冷却，然后将热量传递到外部。尽管通过这种机构甚至可以达到6摄氏度的温度，但由于需要不断地重新填充蒸发的水，以及太阳的连续存，在该设备不能无限地运行。

为了获得更长时间的性能，用更创新技术以不同的方式已经利用了太阳的能量。例如，已知光伏系统被应用于真正的便携式冰箱，以便即使达到零以下的温度也能获得持续的性能。

然而，例如由于传统冰箱中存在冷却剂气体，这种系统有时非常庞大且较重，并且不总是保证容纳的食品或物质的感官特性或化学/物理特性的保持。

本发明的目的是部分或完全克服上述与已知系统相关的缺点，并提供一种更有效和更实用的加热-冷却设备。

发明内容

根据独立权利要求，本文提出了加热-冷却设备、气密闭合套件以及用于制造该设备的方法。

根据本发明的设备包括具有连续的容纳壁的容器，该容纳壁以单体延伸并且限定具有开口的内容纳区域。容纳壁包括靠近开口的边缘部分，并且容纳壁由第一层或外层以及第二层或内层形成，第二层面向内容纳区域。第一层与第二层分离，以形成间隙区域，在该间隙区域内部产生真空

特别地，该设备还包括至少一个发电机以及至少一个电荷蓄电池，至少一个发电机在容器外用于产生电能，至少一个电荷蓄电池在容器外用于存储由发电机产生的能量。

此外，该设备包括至少一个热电设备以及控制单元，热电设备位于间隙内部，与容纳壁的内层接触，以相对于内容纳区域传递热量，控制单元位于容器外并且至少连接到发电机、电荷蓄电池以及热电设备，以管理经过热电设备的电流通过，以便根据要求确定内容纳区域的冷却或加热。

由于存在管理能量单元(发电机和电荷蓄电池)以及热交换单元(热电设备)的控制单元，可以使用根据本发明的设备冷却和加热设备的容器中存在的一种或多种物质。

此外，绝热的容器的特定构造实质上包括具有形成间隙的两个层的壁，在该间隙内部产生真空，这样的特定构造使得根据本发明的设备是生态的且无毒的，。实际上，与传统的制冷系统不同，诸如氟利昂或氨之类的有害气体被使用，这些有害气体会影响风味并是污染物且可能是有毒的。此外，在使设备不连接到任何电网的同时，根据所适用的热电设备的数量能量单元还允许达到低于0℃的温度并且反转的到达到50℃。

容纳壁的层的厚度可以具有几毫米的值，包括在1毫米和6毫米之间，特别是约2-3毫米。显然，对于不同的需求，厚度可以更大。

因此，该装置可以具有可被容纳的重量并且可以容易地运输。因此，可行的是，使设备的容器符合以使其适合于例如运输需要保持在或加热或冷却的确定温度下的食物或其它材料。具体地说，容器可以采用配备有便于运输的相关手柄或肩带的盒子或箱子的形式。

制冷容器也可以用作具有制冷功能的室内装饰物品：以各种尺寸和形状，带有任何类型的装饰，冰箱成为无需任何电网的带有可持续的冷链功能的“室内设计”。

有利地，设备的容器仅由陶瓷材料制成。可以使用具有类似电阻和导热性质的材料。

因此，可使用标准模制工艺以产生任何形状和尺寸。在本发明的一个实施例中，第一层和第二层特别地由硬质无孔长石瓷制成。

瓷是用于保存所含物质的感官特性的极好的材料。

此外，由于与其它材料不同的瓷的硬度水平，尽管间隙内部存在真空，连续容纳壁能够承受大气压力和可能的冲击。在这种情况下，瓷通过例如陶瓷材料内部的特殊纳米球和/或网络结构以产生不同密度的层而起到电绝缘体和绝热系统的作用。

特别是，用于本发明的瓷包括高岭土、长石以及石英。

当然，就热传导性和耐蚀性/硬度而言，可以使用具有与陶瓷和/或瓷类似特性的其它材料。根据所使用的材料，该设备将因此根据适合于加工所选材料的不同程序制造。

在本发明的另一实施例中，发电机可包括覆加到容纳壁外层的透明光伏材料薄膜。该膜的厚度可以在几微米之间，最多1至3毫米，并且可以通过喷涂施加。这具有能够提供紧凑且相对较轻的设备的巨大优点。

，在根据本发明的设备的实施例中，通过集成在所述容纳壁的外层中的电极实现所述发电机和所述电荷蓄电池之间的连接。

电极可以包括诸如例如钨等的导电金属，其具有较高的熔点(例如高于是1350℃的瓷的烧制温度)并且其与容纳壁成为单一体。

替代地，电极可以是插入容纳壁中的预先建立的孔中的电极件，这些电极件随着在不高的温度下重新烧制粘合剂而与该壁成为单一体。

在本发明的一个实施例中，电荷蓄电池包括可充电电池。

以这种方式，该设备通过由太阳能供电的连续12伏电源供电。

特别地，在本发明的一个实施例中，热电设备包括珀耳帖(Peltier)单元。

这用于基于穿过该容器的电流流动相对于该容器内部传递热量。有利地，该设备可包括多个热电设备，即根据最佳配置串联或并联连接的珀耳帖单元。基于所施加的电流的方向，珀耳帖单元可用于加热或冷却与其接触的容纳壁的内层。

特别地，该装置可以配置成使得珀耳帖单元形成具有容纳壁的内层区域的单一体。当容器的容纳壁由双层陶瓷材料制成时，这是可能的。事实上，由于珀耳帖单元包括在特殊陶瓷中的熔融半导体材料，可行的是提供一种结构，其中珀耳帖单元的表面与容纳壁的内层或其至少一部分重合。

在本发明的一个实施例中，热电设备还可包括散热器，该散热器位于间隙内部，接触设置在热电设备的表面和容纳壁的外层之间。

在间隙内部，散热器可包括一个或多个例如铜或铝之类的薄金属板，其从珀耳帖单元的表面延伸到容纳壁的外层。

在另一个实施例中，该设备还可包括位于间隙内部的与容纳壁的内层接触并连接到控制单元的用于读取容器内的温度的至少一个热传感器。

根据一个实施例，控制单元可以包括微处理器和用于远程地管理设备的无线单元。

以这种方式，与移动应用程序相关联的传感器允许接收温度最新情况并且允许远程地控制传感器。只需通过控制单元远程地激活热电设备中的电流方向的反转，就可以在不更换容器的情况下加热存储在根据本发明的便携式设备中的餐食。

有利地，与控制单元相关联的，可以存在例如USB之类的辅助电流插座。

在本发明的另一个实施例中，第一层和第二层的陶瓷材料主要包括长石、高岭土和石英，限定出该材料的确定的密度，该密度在内壁和外壁的表面上是可变的，以控制散热。

在本发明的一个实施例中，第一层不点都不与第二层直接接触，并且容器还包括位由陶瓷材料制成的接合元件，该接合元件位于容纳壁的边缘部分，以用于第一层和第二层之间的间接连接。

以这种方式，容器可以被设想为例如一个插入另一个的彼此联接的大致相同形状的容座组。因此，接合元件用于连接两个单独的容座并形成单一个容器。如果容器的形状像杯子，那么代表容纳壁内层和外层的两个容座将具有两个杯子的形状，这样，外杯必须能够完全容纳内杯，但不与内杯接触，以便在两个容座的表面之间形成间隙。因此，接合元件可呈现插入在两个杯子的上部边缘之间存在的空间中的环形。

特别地，在本发明的一个实施例中，接合元件的陶瓷材料包括由硬质长石瓷制成的海绵状网状材料或纳米球，限定出相对于第一层和第二层的密度来说更低的材料的密度。

由于较低的材料密度决定了热传导的减少，所以位于容纳壁的边缘部分上的接合部的存在具有比容器的其余部分更低的密度，确保容纳在容器内的物质即使在没有绝热塞或盖子的情况下也能更长时间地保持恒定。

在本发明的附加或替代实施例中，容纳壁在边缘部分处至少包括一个低热传导区域，其中所述区域中的第一层和第二层的陶瓷材料包括由硬质长石瓷制成的海绵状网状材料或纳米球，限定出相对于所述区域外的材料的密度来说更低的材料的密度。

以类似于具有低密度的接合元件的突出的方式，低热传导区域可以进一步增加在容器内部保持热量的效果，防止热量从容器内部传出和向容器内部传递。

例如，这可以在模具内在两层的烧制步骤期间通过在确定的时间改变材料来执行。

根据本发明的气密闭合套件包括如前所述的加热-冷却设备以及闭合元件，闭合元件放置于设备的容器的容纳壁的边缘部分靠近开口处，以闭合所述容器的所述开口。闭合元件由彼此分离并限定出间隙的两层陶瓷材料组成，在该间隙内部形成真空。为了密封接触部分，可以提供由聚合物材料等制成的至少一个元件，其联接到闭合元件，其中，密封元件与容器的容纳壁直接接触以气密地闭合开口。

密封元件可以由诸如硅酮之类的柔软的聚合物材料制成。

闭合元件可以是与设备分离的元件，因此是与容器分离的，或者通过例如铰链系统的系统与容器连接。在后一种情况下，闭合元件可以作为面板或门，其通过联接和分离机构容易地再次打开和闭合。

以这种方式，可以获得用于甚至很长时间地保持容纳的物质的温度的完全绝热的容器。

用于提供如前所述的加热-冷却设备的根据本发明的方法，包括产生第一层以及产生第二层的步骤，在温度T₁下通过烧制工艺产生第一层或外层，所述第一层限定出包括在该设备中的外连续容纳壁，在等于T₁的温度T₂下通过烧制工艺产生第二层或内层，所述第二层限定出包括在该设备中的容器的内连续容纳壁。

第二层与第一层分离，以形成间隙区域。

该方法还包括以下步骤：在间隙内部施加与容纳壁的内层接触至少一个热电设备，并且在温度T₃下通过烧制工艺产生接合元件，并且将所述接合元件气密地固定在位于开口处的容器的容纳壁的边缘部分处，以用于第一层和第二层之间的间接连接。

在本发明的附加或替代实施例中，在使用非陶瓷材料的情况下，具有类似特性的壁的生产工艺将根据材料的典型方法(金属，特殊塑料等)进行。

此外，该方法包括在容器外应用发电机、电荷蓄电池以及控制单元的步骤，其中通过电连接装置进行控制单元和热电设备之间的连接，所述电连接装置穿过所述容纳壁的所述外层上的至少一个通孔。

最后，该方法包括在形成于第一层和第二层之间的间隙内部产生真空的步骤。

在远低于T₁的温度T₄下通过烧制工艺，或者通过胶合或焊接工艺，或者通过真空腔室中的密闭合合O形环的插入来进行将接合元件气密地固定到容纳壁的步骤。

有利的是，接合元件的烧制可在感应炉内进行，以便界定对接合区域的烧制，防止重新烧制容器的其余部分。这在容器设有不同密度的区域的情况下非常有用，通过再烧制工艺可以将气体排放到容纳壁内。此外，间隙内部的电子和金属部件的存在确保了容器的一些区域的任何再烧制工艺被限于实际上不存在电路元件的所述区域。

在发电机和电荷蓄电池之间建立连接的步骤通过集成在容纳壁外层中的电极进行。

特别地，借助于经过容纳壁的外层上存在的孔抽取空气来进行产生真空，并且通过闭合装置来实现在间隙内部保持真空，一旦已经产生了真空，该闭合装置就气密地闭合孔。

通过由在间隙内部产生的真空施加在该闭合装置上的压力变化而将该闭合装置保持在位，并且电连接装置通过电极件穿过关闭装置。

到目前为止，对于设备的特点而言已经突出显示的有关用于制造所述设备的方法也可以被认为是有效的，。

特别地，在瓷的情况下，与第一层和第二层的形成有关的烧制温度T₁和T₂包括在1200℃至1350℃之间。同时，烧制时间是材料的制备周期，对于硬质长石瓷循环而言，其从几小时到18至24小时不等。

间隙中的压力值从环境压力到0.00001毫巴，到绝对真空。

附图说明

鉴于以下对本文描述的一些优选实施例的描述，本发明的这些和其它方面将变得更加明显。

图1示出了根据本发明的设备的示意图；以及

图2示出了制造该设备的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

图1示出了具有圆筒形状的加热-冷却设备90。设备90包括具有连续的容纳壁3的容器1，该容纳壁3以单体延伸并且限定具有开口4的内容纳区域8。图1特别示出了开口4如何存在于容器1的与其基部相对的上部上。

容纳壁3包括靠近开口4的边缘部分6，并且容纳壁3由外层10和内层20形成。这两层分别确定与外部环境接触的外壁(外层10)和面向内容纳区域8的内壁(内层20)。两层彼此分离以形成间隙30。在该间隙内部产生真空。

外层10包括至少一个孔22以及闭合设备40，孔22位于容器1的基部用于空气通过，一旦在间隙30内部已经产生了真空，闭合装置就用于就气密地闭合孔22。

第一层10和第二层20两者都由硬质长石瓷制成。以这种方式，可以获得高度耐蚀的容器1并且可以有效地用作绝热体。实际上，即使在间隙内部存在真空的情况下，瓷的硬度也保证了壁的优异的耐蚀性。此外，瓷陶瓷的既定生产技术保证容易地生产出任何形状和大小的容器。

在另一个实施例中，可以使用具有类似性能的来自陶和瓷的不同材料。

设备90还包括发电机(发电机构)41以及电池42，透明有机光伏薄膜形式的发电机41被施加到容纳壁3的外表面，电池42可通过容器1外部的发电机41充电。

仍在容器1的外部，该设备设有控制单元44以及无线单元47，控制单元44连接到电池42并且通过电极48连接到光伏涂层41，无线单元47用于远程通信。无线单元47可以包括接入点板(Access Point board)。

在间隙30内，设备90包括与容纳壁3的内层20接触的至少多个珀耳帖单元(Peltier cells)43(图中示出两个)。每个珀耳帖单元43与插入在单元43的表面和容纳壁3的外层10之间的散热器45相关联。

在间隙30内部还设有与容纳壁3的内层20接触的热传感器46。

珀尔帖单元43和传感器46都通过穿过孔22和闭合装置40的连接电缆49与控制单元44电气地连接。

图2最后示出了描述用于制造设备90的方法200的流程图。

方法200的特征在于，通过在温度T₁下的烧制工艺产生第一层202或外层，通过在等于T₁的温度T₂下的烧制工艺产生第二层204或内层，并且在由两个层10、20形成的间隙30内部产生真空214。

关于两个层的产生，其随着两种不同的烧制工艺而分别发生202、204。在内层20的外壁上施加206珀耳帖单元43。在存在传感器46的情况下，也施加传感器46。在在间隙30内部产生真空之前，在产生两个层10、20以及施加设备43和46之后，通过在温度T₃(等于T₁)下的烧制工艺产生接合元件208，并且该接合元件在容纳壁3的边缘部分6处气密地固定210，以用于在第一层10和第二层20之间的间接连接。

关于产生真空214，这借助于经过在外层上存在的孔22抽取空气216来进行。借助于闭合装置40来进行在间隙30部保持真空218，一旦产生了真空，闭合装置40就气密地闭合孔22。

通过由在间隙内部产生的真空施加在闭合装置上的压力变化而将闭合装置保持在位。具体地，将连接间隙30外部的珀耳帖单元43以及传感器46的电连接装置49通过电极件穿过闭合装置40。

在产生真空214之前或之后，根据本发明的方法设想在容器外应用发电机、电荷蓄电池和控制单元的步骤212，其中通过电连接装置49进行控制单元和热电设备之间的连接，所述装置穿过容纳壁3的外层10上的至少一个通孔22。

本领域技术人员可以对上文描述的容器、套件和方法引入许多进一步的修改和变化，以满足额外的和可能的需要，然而，所有这些都保持在由所附权利要求限定的本发明的保护范围内。

Claims (17)

1.一种各种尺寸的加热-冷却设备，所述设备的使用范围从工业用途到室内装饰，甚至用于包括具有连续的容纳壁(3)的容器(1)的便携式设备(90)，所述容纳壁(3)以单体延伸并且限定具有开口(4)的内容纳区域(8)，所述容纳壁(3)具有靠近所述开口(4)的边缘部分(6)，并且所述容纳壁(3)由第一层(10)或外层以及第二层(20)或内层形成，所述第二层(20)面向所述内容纳区域(8)并与所述第一层(10)分离，以便形成间隙区域(30)，其中，在所述间隙(30)内部产生真空，所述设备(90)还包括：

至少一个发电机(41)、至少一个电荷蓄电池(42)、至少一个热电设备(43)以及控制单元(44)，所述至少一个发电机(41)在所述容器(1)外用于产生电能，所述至少一个电荷蓄电池(42)在所述容器(1)外用于存储由所述发电机(41)产生的能量，所述至少一个热电设备(43)在所述间隙(30)内部与所述容纳壁(3)的内层(20)接触，以相对于所述内容纳区域(8)传递热量，控制单元(44)位于所述容器(1)的外部并且至少连接到所述发电机(41)、所述电荷蓄电池(42)以及所述热电设备(43)，用于管理经过所述热电设备(43)的电流通过，以便根据情况确定所述内容纳区域(8)的冷却或加热。

2.根据权利要求1所述的加热-冷却设备(90)，其特征在于，所述发电机(41)由覆加在所述容纳壁的所述外层上的透明光伏材料膜形成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的加热-冷却设备(90)，其特征在于，通过集成在所述容纳壁(3)的所述外层(10)中的电极(48)实现所述发电机(41)和所述电荷蓄电池(42)之间的连接。

4.根据前述权利要求中任一项所述的加热-冷却设备(90)，其特征在于，根据针对最终市场所需的效率，所述电荷蓄电池(42)由各种类型的可充电电池形成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的加热-冷却设备(90)，其特征在于，所述热电设备(43)由珀耳帖单元形成。

6.根据权利要求5所述的加热-冷却设备(90)，其特征在于，所述珀耳帖单元与所述容纳壁(3)的所述内层(20)的区域形成单一体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的加热-冷却设备(90)，其特征在于，所述热电设备(43)还包括位于所述间隙(30)内的散热器(45)，所述散热器(45)接触设置在所述热电设备(43)的表面和所述容纳壁(3)的外层(10)之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的加热-冷却设备(90)，其特征在于，还包括位于所述间隙(30)内的与所述容纳壁(3)的内层接触并连接到所述控制单元(44)的用于读取所述容器(1)内的温度的至少一个热传感器(46)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的加热-冷却设备(90)，其特征在于，所述控制单元(44)包括微处理器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的加热-冷却设备(90)，其特征在于，所述控制单元(44)包括用于远程地管理所述设备(90)的无线单元。

11.根据前述权利要求中任一项所述的加热-冷却设备(90)，其特征在于，所述第一层(10)和所述第二层(20)由陶瓷材料制成，特别是由硬质长石瓷制成。

12.一种气密闭合套件(7)，包括根据前述权利要求中任一项所述的加热-冷却设备(90)以及闭合元件(70)，所述闭合元件(70)靠近所述开口(4)位于所述设备(90)的所述容器(1)的所述容纳壁(3)的所述边缘部分(6)处，以闭合所述容器(1)的所述开口(4)，所述闭合元件(70)由彼此分离并限定出间隙(30')的两个陶瓷材料的层(72、74)组成，在所述间隙(30')内部形成真空，并且至少一个由聚合物材料制成的密封元件联接到所述闭合元件(70)，其中，在闭合的构造中，所述密封元件(76)与所述容器(1)的容纳壁(3)直接接触，以气密地闭合所述开口(4)。

13.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的加热-冷却设备(90)的方法(200)，包括以下步骤：

在温度T₁下通过烧制工艺产生第一层(202)或外层，所述第一层限定出包括在所述设备中的容器的外连续容纳壁，

在等于T₁的温度T₂下通过烧制工艺产生第二层(204)或内层，所述第二层限定出包括在所述设备中的所述容器的连续的所述内容纳壁，所述第二层与所述第一层分离以形成间隙区域，在所述间隙内部施加与所述容纳壁的内层接触的至少一个热电设备(206)，在温度T₃下通过的烧制工艺产生接合元件(208)并且将所述接合元件气密地固定(210)在位于开口处的所述容器的所述容纳壁的所述边缘部分处，以用于第一层和第二层之间的间接连接，在容器外施加发电机、电荷蓄电池和控制单元(212)，其中，通过电连接装置实现所述控制单元和所述热电设备之间的连接，所述电连接装置穿过所述容纳壁的所述外层上的至少一个孔，在形成于所述第一层和所述第二层之间的所述间隙内部产生真空(214)。

14.根据权利要求13所述的方法(200)，其特征在于，在远低于T₁的温度T₄下通过烧制工艺或者通过胶合或焊接工艺来进行将所述接合元件气密地固定(210)到所述容纳壁的步骤。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，其特征在于，通过集成在所述容纳壁的外层中的电极实现所述发电机和所述电荷蓄电池之间的连接。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，其特征在于，借助于经过所述容纳壁的所述外层上的所述孔抽取空气(216)来实现所述产生真空(214)，并且借助于闭合装置来进行在所述间隙内部保持真空(218)，一旦已经产生了真空，所述闭合装置就气密地闭合所述孔，通过由在所述间隙内部产生的真空施加在所述闭合装置上的压力变化而将所述装置保持在位，并且其中，所述电连接装置通过电极件穿过所述闭合装置。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用诸如真空腔室、适用于特定开口的吸管和/或电极件之类的真空系统以在所述间隙内部达到绝对真空或非常低的压力水平。